REVISTA DE INGENIERIA DYNA

Palabras clave:

Hybrid analytical modeling, fracture toughness prediction, FMDM, Paris-Newman correction, polymer mechanics, elastic-plastic fracture mechanics, crack tip plasticity, energy-based modeling, tensile-based estimation, fatigue crack growth, ductile fracture, materials characterization

Tipo de artículo:

ARTICULO DE INVESTIGACION / RESEARCH ARTICLE

Sección:

ARTICULOS DE INVESTIGACION / RESEARCH ARTICLES

La fatiga mecánica provoca fallos catastróficos bajo cargas cíclicas incluso por debajo de la resistencia estática de un material, y representa la mayoría de los fallos en servicio de componentes metálicos y poliméricos, con un impacto económico significativo. La obtención de curvas de crecimiento de grieta y parámetros de tenacidad mediante ensayos de mecánica de la fractura suele ser costosa y requiere mucho tiempo. Para abordar este problema, este trabajo implementa la teoría FMDM (Fracture Mechanics of Ductile Metals), originalmente desarrollada para metales dúctiles, integrada con la corrección de espesor de Paris–Newman para estimar la tenacidad a la fractura, KIcK_{Ic}KIc, a partir de propiedades uniaxiales estándar (módulo, límite elástico y plasticidad post-estricción), sin recurrir a ensayos específicos de fractura.
Se aplicó el marco FMDM–Paris–Newman a cuatro materiales con microestructuras disímiles (dos grados de ABS, un POM y Al 7075 T7351). Los valores estimados de KIcK_{Ic}KIc muestran excelente concordancia con datos reportados, lo que confirma que la información mecánica (respuesta tensión–deformación y métricas de trabajo plástico) es suficiente para imponer la condición de deformación plana en la evaluación de KKK y, en consecuencia, garantizar el carácter intrínseco de propiedad del material de KIcK_{Ic}KIc.
El hallazgo clave es que el enfoque no requiere una caracterización detallada de la estructura molecular; en su lugar, se basa en el mapeo mecánico de la respuesta uniaxial tensión–deformación, incluyendo la plasticidad post-estricción y métricas de trabajo plástico, sobre un modelo de punta de grieta basado en energía. Esta formulación, invariante frente a una descripción microestructural explícita, explica su aplicabilidad tanto a polímeros amorfos y semicristalinos como a metales cristalinos, preservando la trazabilidad física desde la curva constitutiva hasta la tenacidad recuperada KIcK_{Ic}KIc.
El resultado es una metodología analítico-experimental simple, trazable y coste-efectiva, adecuada para la estimación temprana de tenacidad y el diseño basado en simulación. Además, establece una base sólida para su extensión a la predicción del crecimiento de grietas por fatiga (ecuación de Paris), utilizando parámetros obtenidos exclusivamente de la respuesta tensión–deformación uniaxial dentro del marco FMDM.
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PALABRAS CLAVE: Polímeros, Metales, Fractura, Tenacidad, Fatiga, Modelización.